水凝膠是一類(lèi)擁有極為親水三維網(wǎng)絡(luò )結構的高分子聚合物，通常由親水性高分子物質(zhì)交聯(lián)而成，能夠吸收它本身質(zhì)量幾十倍到幾千倍質(zhì)量的液體進(jìn)行溶脹而不溶解。殼聚糖是天然的高分子材料，來(lái)源廣泛且價(jià)格便宜，由于其生物降解性和相容性好，能提高創(chuàng )傷愈合速度，在很多領(lǐng)域都有著(zhù)廣泛應用。
1、殼聚糖基水凝膠的制備方法
水凝膠在微觀(guān)上是立體的網(wǎng)絡(luò )結構，組分和制備方法多樣，因為聚合物的改變或是交聯(lián)方法的改變都會(huì )在一定程度上影響復合水凝膠的理化性質(zhì)。常用的水凝膠交聯(lián)方法以物理交聯(lián)和化學(xué)交聯(lián)為主。
物理交聯(lián)是指通過(guò)物理作用形成水凝膠，如靜電、氫鍵等作用，最大的優(yōu)勢是細胞毒性小，且具有良好的可降解性和化學(xué)交聯(lián)法難以做到的可逆性，但制成的水凝膠通常力學(xué)性能很差，長(cháng)期穩定性差、易降解。
①靜電相互作用。靜電相互作用是通過(guò)陰離子分子和殼聚糖的氨基之間發(fā)生作用使其凝膠化。殼聚糖作為一種良好的生物相容性陽(yáng)離子聚合物，具有廣泛研究，尤其是與陰離子大分子聚合物DNA結合。研究報道，通過(guò)殼聚糖和DNA骨架之間的靜電相互作用可制備一種新型可調、高度生物相容性和可注射的DNA-殼聚糖混合水凝膠。
②金屬離子配位。金屬離子配位是通過(guò)分子間的配位鍵來(lái)合成凝膠的，形成的水凝膠更加穩定。研究報道，通過(guò)三唑鍵合，金屬配位制備基于殼聚糖/透明質(zhì)酸的三聯(lián)網(wǎng)絡(luò )水凝膠，可通過(guò)改變殼聚糖、透明質(zhì)酸摩爾比來(lái)調控水凝膠的機械性能和形態(tài)。將殼聚糖摻入熱可重構瓊脂糖凝膠介質(zhì)中，通過(guò)強配位相互作用可制備一種新型的金屬-生物聚合物配位雙網(wǎng)絡(luò )水凝膠，具有多種刺激的響應能力，自我修復，形狀記憶和抗菌特性。此外，殼聚糖通過(guò)螯合機理可與多種金屬離子具有配位能力。
③疏水作用。以殼聚糖、羥丙基甲基纖維素( HPMC)和甘油為原料，在生理條件下可制備一種新型熱敏水凝膠。HPMC通過(guò)大量的疏水作用促進(jìn)殼聚糖熱凝膠化。熱敏感水凝膠的生理pH值為6.8-6.9，凝膠時(shí)間為15 min，具有良好的生物降解性能、較低的細胞毒性。
化學(xué)交聯(lián)是指大分子鏈間由共價(jià)鍵結合而成，形成高分子聚合物的過(guò)程。殼聚糖基水凝膠的化學(xué)交聯(lián)制備法可以分為引發(fā)劑引發(fā)、光引發(fā)及輻射交聯(lián)法。雖然化學(xué)交聯(lián)能改善水凝膠的穩定性和力學(xué)性能，但也有一個(gè)致命問(wèn)題就是交聯(lián)劑的大量殘留使得水凝膠會(huì )存在細胞毒性，所以要想達到臨床使用的最終目的，要用合適的方法將不適合與人體接觸的交聯(lián)劑充分除去。
①引發(fā)劑引發(fā)交聯(lián)法。引發(fā)劑是能引起單體進(jìn)行聚合的物質(zhì)，可以使殼聚糖及其衍生物分子通過(guò)共價(jià)鍵結合在一起形成網(wǎng)狀結構，提高材料的強度、彈性等性能。研究報道，以功能化的纖維素納米纖維作為交聯(lián)引發(fā)劑制備殼聚糖復合自修復水凝膠和形狀記憶冷凍凝膠，納米纖維素-殼聚糖復合水凝膠具有有效的自我修復和剪切稀化特性，且具有可調節的機械性能。使用漆酶活化的酚類(lèi)作為交聯(lián)引發(fā)劑形成殼聚糖水凝膠，生物相容性結果未顯示對HEK293細胞系生長(cháng)有明顯的抑制作用，表明漆酶氧化的酚類(lèi)化合物是一種合成殼聚糖水凝膠的新型綠色方法。以四甲基氯化磷作為引發(fā)劑合成殼聚糖共價(jià)水凝膠。該水凝膠具有pH敏感，低毒性，生物相容性和黏附性，并允許被包裹藥物喜樹(shù)堿的改性釋放持續48小時(shí)。表明通過(guò)水凝膠口服喜樹(shù)堿可以在吸收部位提供低濃度的藥物，避免載體飽和，降低其腸道毒性。
②光引發(fā)交聯(lián)法。光引發(fā)交聯(lián)法主要的光源為高能量的紫外線(xiàn)，光源引發(fā)分子鏈間的作用促進(jìn)殼聚糖構成水凝膠結構。研究報道，在Irgacure2959存在下通過(guò)光引發(fā)聚合反應和紫外線(xiàn)照射將水溶性殼聚糖衍生物制得生物相容性殼聚糖水凝膠，該水凝膠的膠凝時(shí)間在5-50分鐘的范圍內可調節，具有更好的綜合性能，特別是更好的生物相容性。通過(guò)核黃素產(chǎn)生的光誘導自由基引發(fā)殼聚糖與明膠發(fā)生交聯(lián)反應合成殼聚糖-明膠(CS/GE)水凝膠珠。CS/GE水凝膠珠為粗糙的空心結構，核黃素和殼聚糖的存在為其提供了對大腸桿菌良好的抗菌活性。
③輻射交聯(lián)法。輻射交聯(lián)法是利用輻射源與物質(zhì)的作用，電離并激發(fā)生成活化原子與分子，使物質(zhì)之間進(jìn)行交聯(lián)。輻射交聯(lián)法包括電子加速器和γ射線(xiàn)等，相對于以上方法具有操作便捷、易于控制、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。利用冷凍循環(huán)和電子束輻射可合成殼聚糖復合水凝(TiO2/CMCS/PVA)，并對其抑菌性能和細胞毒性進(jìn)行測定。復合水凝膠對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌都有較好的抗菌效果，同時(shí)該水凝膠對L929細胞無(wú)明顯的毒性。
2、殼聚糖基水凝膠的功能性改性
單一殼聚糖基水凝膠傷口敷料雖為較理想的選擇，但僅含殼聚糖，結構單一，性能上仍無(wú)法滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，存在機械強度低、易脆、黏彈性及持水能力弱、自愈合功能與生物相容性較差等問(wèn)題。為了克服這些缺點(diǎn)，殼聚糖常常需要與其他高分子材料復合制成復合水凝膠，來(lái)改善上述問(wèn)題，或者是用目前探討更多的生物化學(xué)改性方法促使其在水中能更好地溶解，以此提高其性能。
①pH 敏感型殼聚糖基水凝膠
殼聚糖分子中含有大量氨基基團，使其具有 pH 依賴(lài)性，因此在生物傳感和藥物輸送體系構建中被廣泛應用。在酸性溶液中，殼聚糖的氨基發(fā)生質(zhì)子化（—NH??基團產(chǎn)生靜電斥力），從而提高殼聚糖基水凝膠的吸水性，其溶脹程度由質(zhì)子化程度決定。殼聚糖基水凝膠可調節傷口酸堿度，適當 pH 值調節能創(chuàng )造良好酸堿平衡環(huán)境，抑制細菌生長(cháng)并促進(jìn)傷口愈合。此外，調節殼聚糖基水凝膠的 pH 值接近人體 pH 值，可減少與傷口組織相互作用時(shí)的不良反應，促進(jìn)修復與愈合。通過(guò)添加不同添加劑、與其他聚合物接枝/混合，或與陰離子聚合物制備聚電解質(zhì)配合物，均可調節殼聚糖的 pH 敏感性。pH 敏感型材料可根據人體器官環(huán)境 pH 差異，通過(guò)自組裝包埋藥物，實(shí)現靶向釋放。
②溫度敏感型殼聚糖基水凝膠
傳統水凝膠需植入體內，無(wú)法原位注射，給患者帶來(lái)創(chuàng )傷和經(jīng)濟負擔。為解決此問(wèn)題，研究開(kāi)發(fā)了可注射的體溫敏感型水凝膠。此類(lèi)水凝膠在室溫下呈溶液狀態(tài)，可通過(guò)注射器注入人體；在生理條件下，隨體溫升高轉變?yōu)槟z狀態(tài)。溫度敏感型殼聚糖基水凝膠能形成凝膠結構，接觸傷口時(shí)迅速轉化為液態(tài)，有效貼合傷口表面并阻隔外界污染物。其通過(guò)創(chuàng )造濕潤環(huán)境促進(jìn)愈合，同時(shí)提供保護與適宜溫度，助力細胞增殖和組織再生。
可注射溫度敏感型水凝膠解決了傳統水凝膠需植入的問(wèn)題，具有顯著(zhù)優(yōu)勢，室溫下為可注射溶液，體溫下轉化為凝膠狀態(tài)，緊密貼合傷口以阻隔污染物并促進(jìn)愈合。同時(shí)，其控釋功能可定向釋放藥物，為損傷治療提供了更簡(jiǎn)便、經(jīng)濟的選擇。
參考資料
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